Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD)
Разработан процесс нанесения покрытий Мо-С покрытий методом газофазного осаждения с использованием металлорганических соединений. Описаны конструктивные особенности установки для пиролиза металлорганических соединений (карбонилы хрома, молибдена, вольфрама, соединения на основе алюминия), а также ле...
Saved in:
| Published in: | Физическая инженерия поверхности |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
2011
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76903 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) / А.В. Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, В.В. Попов, В.В. Сагалович // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 229–236. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860259041288126464 |
|---|---|
| author | Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, А.В. Попов, В.В. Сагалович, В.В. |
| author_facet | Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, А.В. Попов, В.В. Сагалович, В.В. |
| citation_txt | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) / А.В. Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, В.В. Попов, В.В. Сагалович // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 229–236. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Физическая инженерия поверхности |
| description | Разработан процесс нанесения покрытий Мо-С покрытий методом газофазного осаждения с использованием металлорганических соединений. Описаны конструктивные особенности установки для пиролиза металлорганических соединений (карбонилы хрома, молибдена, вольфрама, соединения на основе алюминия), а также летучих органических соединений (бензол, толуол). Покрытия наносились на термообработанные стали технического назначения Х12Ф1 и 25Х2МФ (ЭИ10) с высоким классом чистоты обработки поверхности (>10). Средняя скорость нанесения покрытия – 50 μм/час. Определены оптимальные условия осаждения для различных использованных технологических схем. Проведены металлографические исследования полученных покрытий.
Розроблений процес нанесення покриттів методом газофазного осадження з використанням металорганічних сполук. Описані конструктивні особливості обладнання для піролізу металорганічних сполук (карбоніли хрому, молібдену, вольфраму, сполук на основі алюмінію), а також летючих органічних сполук (бензол, толуол). Покриття наносили на термооброблені сталі технічного призначення Х12Ф1 та 25Х2МФ (ЭИ10) з високим класом чистоти обробки поверхні (>10). Середня швидкість нанесення покриття – 50 μм/год. Визначені оптимальні умови осадження для різних використаних технологічних схем. Проведені металографічні дослідження отриманих покриттів.
Production processes of multi-layered Mo-C coatings by the method of chemical vapor deposition (CVD) with the use of organometallic compounds were developed. Construction features of equipment for pyrolisys of metallorganic compounds (chromium, molybdenum, tungsten carbonyls and volatile aluminum containing compounds) and volatile organic compounds (benzole toluene) were described. Coatings are applied on technical purpose steel Х12Ф1 (DIN 1.2379) and 25Х2МФ (ЭИ10) (DIN 21 CrMoV 5-7) heat-treated ball with the high class of surface roughness (>10). The average deposition rate was 50 μм/h. The optimal conditions of coatings deposition for different technological schemas were defined. Metallographic investigations of the obtained coatings were carried out.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:52:53Z |
| format | Article |
| fulltext |
229
ВВЕДЕНИЕ
Различные типы покрытий широко применя-
ются для повышения ресурса, надежности и
характеристик различных компонентов; для
улучшения сопротивления эрозии, трения
скольжению, коррозионному истиранию или
улучшению качества поверхности, для полу-
чения коррозионно-стойких покрытий в усло-
виях атмосферной или высокотемпературной
коррозии.
Нанесение различных функциональных
(износостойких, антифрикционных, корро-
зионно-стойких) покрытий на те или иные
материалы не просто улучшает их свойства,
а приводит к созданию нового композици-
онного материала с индивидуальным комп-
лексом свойств. Современные исследования
в области создания новых материалов ведутся
в направлении повышения характеристик по
износостойкости, шероховатости, возможно-
сти работать в экстремальных условиях и тес-
но связаны с направлением нанотехнологий,
которые позволяют формировать многоком-
понентные композиции со структурными эле-
ментами, которые имеют размеры от несколь-
ких сотен до единиц нанометров. Такие мате-
риалы по сравнению с материалами такого
же состава с обычной структурой могут иметь
в несколько раз более высокие характеристи-
ки по трибологическим и другим свойствам.
УДК 621.793.7
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ
ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОФАЗНЫМ МЕТОДОМ (CVD)
А.В. Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, В.В. Попов, В.В. Сагалович
ПАО “ФЭД”, Харьков, Украина
Поступила в редакцию 22.08.2011
Разработан процесс нанесения покрытий Мо-С покрытий методом газофазного осаждения с
использованием металлорганических соединений. Описаны конструктивные особенности
установки для пиролиза металлорганических соединений (карбонилы хрома, молибдена,
вольфрама, соединения на основе алюминия), а также летучих органических соединений
(бензол, толуол). Покрытия наносились на термообработанные стали технического назначения
Х12Ф1 и 25Х2МФ (ЭИ10) с высоким классом чистоты обработки поверхности (>10). Средняя
скорость нанесения покрытия – 50 µм/час. Определены оптимальные условия осаждения для
различных использованных технологических схем.
Проведены металлографические исследования полученных покрытий.
Ключевые слова: CVD процессы, многокомпонентные покрытия.
Розроблений процес нанесення покриттів методом газофазного осадження з використанням
металорганічних сполук. Описані конструктивні особливості обладнання для піролізу
металорганічних сполук (карбоніли хрому, молібдену, вольфраму, сполук на основі алюмінію),
а також летючих органічних сполук (бензол, толуол). Покриття наносили на термооброблені
сталі технічного призначення Х12Ф1 та 25Х2МФ (ЭИ10) з високим класом чистоти обробки
поверхні (>10). Середня швидкість нанесення покриття – 50 µм/год. Визначені оптимальні
умови осадження для різних використаних технологічних схем.
Проведені металографічні дослідження отриманих покриттів.
Ключові слова: CVD процеси, багатокомпонентні покриття.
Production processes of multi-layered Mo-C coatings by the method of chemical vapor deposition
(CVD) with the use of organometallic compounds were developed. Construction features of equipment
for pyrolisys of metallorganic compounds (chromium, molybdenum, tungsten carbonyls and volatile
aluminum containing compounds) and volatile organic compounds (benzole toluene) were described.
Coatings are applied on technical purpose steel Х12Ф1 (DIN 1.2379) and 25Х2МФ (ЭИ10) (DIN
21 CrMoV 5-7) heat-treated ball with the high class of surface roughness (>10). The average
deposition rate was 50 µм/h. The optimal conditions of coatings deposition for different technological
schemas were defined.
Metallographic investigations of the obtained coatings were carried out.
Keywords: CVD processes, multi-component coatings.
А.В. Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, В.В. Попов, В.В. Сагалович, 2011
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3230
Нанесение многофункциональных покры-
тий в производственных масштабах является
сегодня приоритетной задачей физической
технологии. Основные цели при этом – по-
вышение технологичности процесса нанесе-
ния покрытия и увеличение объемов произ-
водства.
Применение покрытий в условиях рабочей
эксплуатации должно обеспечивать:
• повышение эксплуатационных свойств
изделия;
• увеличение срока эксплуатации деталей;
• снижение материальных затрат в пересче-
те на одно изделие по сравнению с су-
ществующими технологиями.
Однако нанесение покрытий на сложно-
профильные детали сопряжено с рядом труд-
ностей. Как правило, покрытие наносится на
ровную открытую поверхность, при этом лю-
бые дефекты либо конструктивные особен-
ности поверхности приводят к дефектам по-
крытия. Пазы, проточки, углы, выемки, вы-
ступы и другие конструкционные элементы
детали приводят к неравномерному осажде-
нию, а иногда даже к несплошности покры-
тия.
Особую проблему представляет нанесение
покрытий на внутренние поверхности – от-
верстий, трубок и т.д. Во многом это связано
с лучевой природой существующих методов
нанесения высокотехнологичных покрытий,
что приводит к неравномерности покрытия
по длине отверстия. При отношении L/d > 1
подобные неравномерности могут иметь ка-
тастрофический характер (вплоть до полного
отсутствия покрытия на выходе отверстия).
Для нанесения покрытий именно на вну-
тренние поверхности очень перспективны га-
зофазные методы осаждения, активно разви-
вающиеся в последнее время,
Кристаллизация из газовой фазы CVD
(Chemical Vapor Deposition) впервые была
применена еще в конце XIX века и нашла ши-
рокое применение для получения особо чис-
тых металлов. В 60 – 70-х годах ХХ столетия
по мере развития вакуумной техники были
глубоко изучены различные способы газофаз-
ного осаждения покрытий из тугоплавких
металлов [1 – 3].
В основе этих методов лежат процессы
переноса осаждаемых материалов в виде ле-
тучих соединений к поверхности подложки,
на которой происходит разложение этих сое-
динений с выделением необходимого про-
дукта.
Технологии нанесения покрытий газофаз-
ным методом с использованием металлорга-
нических соединений отвечают современным
производственным требованиям к свойствам
получаемых покрытий, качеству и универ-
сальности.
Основными достоинствами химического
осаждения из газовой фазы, по сравнению с
другими методами, принято считать:
− относительную технологическую просто-
ту осуществления процесса;
− возможность получения покрытий задан-
ной плотности, толщины, ориентации, со-
става, отсутствие макродефектов покры-
тия, т.е. покрытий с определенными свой-
ствами;
− возможность нанесения однородных по
толщине качественных покрытий на под-
ложках сложной формы, в труднодоступ-
ных местах (отверстия, в том числе глу-
хие, углы и т.д.), на сложнопрофильные,
в том числе на внутренние поверхности с
большим значением соотношения L/d;
− возможность получения тугоплавких ве-
ществ при низких температурах;
− высокие скорости осаждения, обеспечива-
ющие этому методу высокую производи-
тельность;
− возможность эффективного контроля про-
цесса нанесения покрытия на протяжении
всего технологического цикла.
Все это делает CVD методы весьма пер-
спективными для нанесения функциональ-
ных покрытий.
Однако следует отметить, что до сих пор
применение подобных методов для получе-
ния функциональных покрытий было ограни-
ченным. С точки зрения практического при-
менения, представляет интерес разработка
процессов получения газофазных функцио-
нальных покрытий на сложнопрофильных
прецизионных поверхностях высокого класса
чистоты обработки (выше 10 класса) и оценка
возможности применения таких покрытий в
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОФАЗНЫМ МЕТОДОМ (CVD)
231
качестве кандидатных материалов для пар
трения в прецизионных узлах авиационного
агрегатостроения.
Целью настоящей работы является ис-
следование кинетики нанесения износостой-
ких покрытий Мо/Mo-C путем термического
разложения гексакарбонила молибдена
(Мо(СО)6) на сложнопрофильные прецизион-
ные поверхности предварительно термообра-
ботанных сталей технического назначения
Х12Ф1 и 25Х2МФ (ЭИ10) с высоким классом
чистоты обработки поверхности (>10). Дан-
ные стали широко используются в авиа-
строении и улучшение их конструкторских
свойств в перспективе ведет к существенному
увеличению срока службы авиационных
агрегатов. Условия проведения процессов
учитывают возможность широкого внедрения
технологии нанесения покрытия в промыш-
ленность
ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССА
Общая схема процесса осаждения методом
MO-CVD приведена на рис.1. Процесс по-
лучения покрытий состоит из нескольких ос-
новных этапов.
Первый этап – испарение металлоргани-
ческого соединения. Затем по прогреваемой
(во избежание нежелательной конденсации
карбонила) транспортной системе реакцион-
ный газ подается к нагретому до заданной
температуры образцу. В приповерхностной
области происходит многоступенчатый пиро-
лиз макромолекулы и диффузия металлоне-
сущих частиц к покрываемой поверхности.
Пиролиз карбонильного соединения осу-
ществляется путем последовательного от-
щепления СО-групп от атома металла. После
процессов адсорбции/десорбции, происхо-
дящих на поверхности, СО и другие продук-
ты пиролиза диффундируют в противопо-
ложном от поверхности направлении [1, 3].
Критические температуры гексакарбони-
лов металлов VI-B группы, а также триме-
тилалюминия, диметилалюминия, алкоки-
сидов металлов практически одинаковы
(табл. 1) и лежат в технологически удобной
области работы, благодаря чему многослой-
ные, многокомпонентные структуры могут
быть выращены в едином ростовом цикле.
Давление паров определяется по эмпири-
ческим формулам, приводимым в [1 – 5].
Все вышесказанное позволяет выбрать ра-
бочий диапазон температур 300 ÷ 450 °С как
оптимальный для формирования качествен-
ных покрытий.
Низкие температуры полного распада
металлорганических соединений затрудняют
использование открытых нагревательных
элементов. Наиболее приемлемым вариантом
представляется использование неконтактных
нагревателей, таких как магнетрон, индукци-
онная печь.
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ
Применение металлорганических соедине-
ний имеет определенную специфику, связан-
ную с физическими свойствами этих ве-
ществ, что накладывает свои требования к
применяемому оборудованию.
Разработку процессов нанесения покры-
тий проводили на газофазном блоке установ-
Рис. 1. Схема процесса CVD.
Таблица 1
Физические свойства металлсодержащих
соединений
Соединение Тплавл.,
°С
Ткипен.,
°С
Твозгон.,
°С
Начало
разложе-
ния,Т °С
Полный
распад,
Т °С
Гексакарбонил
хрома Cr(СО)6
– 147,5 – 100 - 130 230
Гексакарбонил
молибдена
Mo(СО)6
140 155 30 - 40 150 400
Гексакарбонил
вольфрама
W(СО)6
– 178,3 50 100 - 150 –
Триметила-
люминий
Al(CH3)3
15 130 – 100 –
А.В. САГАЛОВИЧ, А.В. ГРИГОРЬЕВ, А.В. КОНОНЫХИН, В.В. ПОПОВ, В.В. САГАЛОВИЧ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3232
ки “Avinit”, предназначенной для проведения
CVD процессов, описанной нами в [6].
Принципиальная схема газофазного блока
установки “Avinit” показана на рис. 2.
Непосредственно в рабочей камере распо-
ложены следующие элементы:
• Направляющий канал с соплом – для не-
посредственного подвода реагентов к об-
рабатываемой поверхности;
• Индукционный нагрев – подведена мощ-
ность ВЧ-источника на 1 кВт;
• Подача потенциала на образец – высокое
напряжение ±1,5 кВ;
Отражатели, завихрители – элементы газо-
динамической системы. Металлорганические
реагенты помещаются в специальный прогре-
ваемый контейнер с прогреваемым клапаном
на выходе. Температура контейнера может до-
стигать 80 °С. Через контейнер дополни-
тельно может проходить вспомогательный
газ-носитель – аргон Ar, азот N2 или водород
H2. Затем через прогреваемый паропровод
(t = 50 °С) парогазовая смесь подается в
рабочую камеру. Емкость с обычной орга-
никой подается непосредственно в камеру.
Стенки камеры также прогреваются до 50 °С.
Откачка из рабочей камеры осущест-
вляется в двух направлениях параллельно. С
одной стороны откачка ведется диффузион-
ным насосом – чтобы максимально обезга-
зить рабочую камеру перед техпроцессом.
Откачка форвакуумным насосом ФН-2 (НВР-
20Д) ведется во время собственно техпро-
цесса. Поскольку осаждение покрытий ведет-
ся в области давлений 2 ÷ 20 Па, откачка
проводится форвакуумным насосом. Для ре-
куперации дорогостоящих рабочих реагентов
перед форвакуумным насосом ФН-2 установ-
лен кристаллизатор, на котором конденсиру-
ется непрореагировавший материал. Вследст-
вие того, что температура возгонки использу-
емых металлсодержащих соединений лежит
в области комнатных температур, особенно
существенными становятся процессы пере-
кристаллизации. Поэтому все узлы оборудо-
вания выполнены прогреваемыми.
МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Получение покрытий Mo-С проводили путем
термического разложения металлсодержа-
щего соединения – гексакарбонила молиб-
дена Mo(CO)6.
Гексакарбонил молибдена полностью ис-
паряется при 150 °С, но заметная сублимация
начинается уже при 25 °С.
Процесс нанесения покрытия контроли-
ровали с помощью температуры образца, ра-
бочего давления в камере, способа испарения
карбонила молибдена.
Для нагрева образца применили ВЧ-ин-
дуктор с рабочей частотой 3 МГц и эффектив-
ной мощностью ∼ 0,2 кВт. Температура об-
разца контролируется ИК-пирометром через
специальное окно в дверце камеры. Давление
регулировали, динамически изменяя ско-
рость откачки вакуумной системы в пределах
2,6 ÷ 13 Па (0,02 ÷ 0,1 Торр).
Испарение карбонила осуществлялось по
двум схемам:
• Схема избыточного испарения, при ко-
торой в объеме контейнера испарялось
большое количество карбонила. Затем по
прогреваемому паропроводу газовая
смесь подавалась непосредственно к об-
разцу. Это позволяло получить большие
потоки карбонила и, соответственно, вы-
сокую концентрацию молибдена в реак-
ционном слое.
• По другой схеме (остаточная атмосфера)
осуществлялось испарение небольшого
количества карбонила непосредственно в
объеме камеры. Таким образом получали
равномерную концентрацию реакцион-
ного газа, состоящего из паров карбонила
и окиси углерода.
Рис. 2. Принципиальная схема газофазного блока уста-
новки “Avinit”.
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОФАЗНЫМ МЕТОДОМ (CVD)
233
Для проведения металлографических ана-
лизов на образцы нанесены покрытия на ос-
нове системы Mo-С. В качестве образцов вы-
браны распространенные в промышленности
конструкционная сталь Х12Ф1 и жаропроч-
ная сталь 25Х2МФ (ЭИ10), широко использу-
емые в производстве прецизионных узлов
трения авиационного агрегатостроения. Об-
разцы из стали 25Х2МФ (ЭИ10) размером
20×10×5 мм полировали до шероховатости
8 класса (Ra = 0,32 мкм). Микротвердость НВ
∼ 900. Образцы из стали Х12Ф1 56 ÷ 61HRC,
размером 10×10×10 мм полировали до ше-
роховатости 10 класса (Ra = 0,063 мкм) по за-
водским технологиям до требуемых геомет-
рических параметров (неплоскостность –
≤ 0,001мм, шероховатость – Ra = 0,08 мкм).
Покрытия Мо-С наносили также на внут-
ренние калиброванные поверхности трубок
∅ 12×20. Класс чистоты обработанной по-
верхности – 9а.
Особенностью подготовки образцов яв-
ляется то, что их предварительная термообра-
ботка проводилась в полном соответствии с
технологическим регламентом обработки
конечных изделий, принятым в производстве.
Как показали проведенные исследования, это
существенным образом влияет на качество
получаемого покрытия.
Металлографические исследования об-
разцов с покрытиями структуры и свойств ра-
бочих поверхностей (микрошлифы, твер-
дость покрытия, определение геометрии по-
верхности после покрытия) проведены с ис-
пользованием методов металлографического,
химического, рентгеноструктурного и микро-
рентгеноспектрального анализов, измерения
микротвердости, шероховатости поверхно-
стей трения. Металлофизические исследова-
ния полученных покрытий выполнены на
растровом электронном микроскопе JSM
T-300.
РЕЗУЛЬТАТЫ
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ
Исследования проводились при температурах
350 – 450 °С. При более высоких температу-
рах происходит отпуск стали, что резко сни-
жает эксплуатационные характеристики ко-
нечного изделия и для промышленного при-
менения неприемлемо.
Технологические данные процесса нане-
сения покрытий на стали 25Х2МФ (ЭИ10) и
Х12Ф1 представлены в табл. 2.1, 2.2 и 3.
+++ – покрытие удаляется только травлением
++ – незначительные сколы
+ – много сколов.
В табл. 3 приведены параметры CVD-
процесса нанесения Мо/МоС покрытий на
образцы из стали Х12Ф1.
Свойства покрытий резко отличаются в
заданном температурном интервале. При
350 °С и 450 °С наблюдается стабильно рав-
номерное нанесение покрытия с высоким
Таблица 2.1
Покрытия Мо/МоС, полученные при
напуске карбонила из контейнера
Т, °С Р, Па τ, мин δ, мкм V, µм/мин Адгезия
350
5,20 10 8 0,80 +++
10,00 10 7 0,70 +++
5,30 15 17 1,13 +++
11,0 15 10 0,67 +++
8,80 30 25 0,83 +++
11,0 30 31 1,03 ++
400
5,60 5 3 0,60 ++
5,40 10 8 0,80 +
5,50 10 6 0,60 +
6,10 10 8 0,80 +
5,00 15 10 0,67 +
5,40 15 12 0,80 +
450
7,60 5 6 1,20 +++
5,30 15 17 1,13 +++
7,20 15 20 1,33 +++
5,10 30 12 0,40 +++
Таблица 2.2
Покрытия Мо/МоС, полученные в
атмосфере остаточных газов
Т, °С Р, Па τ, мин δ, мкм V, µм/мин Адгезия
350
3,90 15 4 0,27 +++
10,00 15 4 0,27 ++
12,00 30 10 0,33 +
11,00 60 16 0,27 +
400
2,80 15 0,5 0,03 +
3,20 30 1 0,03 +
3,80 60 5 0,08 +
450
4,00 15 2 0,13 +
3,70 30 4 0,13 +
А.В. САГАЛОВИЧ, А.В. ГРИГОРЬЕВ, А.В. КОНОНЫХИН, В.В. ПОПОВ, В.В. САГАЛОВИЧ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3234
значением микротвердости: НВ = 2200 при
350 °С, НВ = 1700 при 450 °С. Толщина по-
крытия линейно зависит от времени выдер-
жки. При 450°С покрытие имеет хорошее
сцепление с основой, при более низкой тем-
пературе наблюдается слабая адгезия к исход-
ному образцу.
Изменение рабочего давления в пределах
0,01 ÷ 0,1 Торр сказывается на соотношении
Мо/МоС и приводит к незначительному сни-
жению адгезии, которое становится более за-
метным при увеличении толщины покрытия.
Скорость осаждения покрытий, получен-
ных в атмосфере остаточных паров при тем-
пературе 350 °С, равномерна на достаточно
больших временных интервалах.
Микротвердость полученных Мо/МоС по-
крытий НВ100 = 1700 ÷ 2200. При этом скоро-
сти роста достигали 50 ÷ 70 мкм/час.
Также были отработаны технологии мно-
гостадийных процессов при проведении 3 ÷
5 технологических циклов для получения
толстых покрытий. При этом получены по-
крытия толщиной 100 мкм. Расслоение по-
крытия при этом не наблюдалось.
Однако качество покрытия ухудшается по
мере увеличения толщины покрытия, что свя-
зано, очевидно, с накоплением больших внут-
ренних напряжений в пленке, и для их снятия
требуются нормализующие отжиги.
МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
На растровом электронном микроскопе JSM
T-300 проведены металлофизические иссле-
дования полученных образцов. На рис. 3
показан внешний вид покрытия Мо-С на об-
разцах стали Х12Ф1 (поперечный шлиф) с от-
меченными зонами анализа – a) и примерный
химический состав анализируемых зон – b).
Внешний вид покрытия Мо/МоС на об-
разце стали Х12Ф1 в режиме картирования
приведен на рис. 4.
№ образца τ, мин δ, мкмТ, °С НV, кГ/мм2
430 10 2500 1523
360 10 1800 1025
290 10 2500 1025
Таблица 3
Параметры процесса нанесения
CVD-покрытия
Рис. 3. Внешний вид покрытия Мо-С на образцах ста-
ли Х12Ф1 с отмеченными зонами анализа – а) и хими-
ческий состав анализируемых зон – b).
b) Химический состав анализируемых зон
№ точки Si Cr Fe Ni Mo C
003 – – – – 97,0 3,0
004 – – – – 96,5 3,5
005 – – 2,21 – 94,79 3,0
006 – – 3,17 – 94,83 2,0
007 – 10,13 22,67 9,90 55,31 2,0
008 0,21 6,85 92,13 – – 0,8
009 0,34 7,13 91,73 – – 0,8
Рис. 4. Внешний вид покрытия Мо/МоС на образце
стали Х12Ф1 в режиме картирования. Большему со-
держанию элемента соответствует более интенсивная
окраска.
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОФАЗНЫМ МЕТОДОМ (CVD)
235
Нa рис. 5 показан внешний вид покрытия
Мо-С на образцах стали 25Х2МФ (ЭИ10)
(поперечный шлиф) с отмеченными зонами
анализа – a) и примерный химический состав
анализируемых зон – b).
Металлофизические исследования пока-
зали достаточно высокую степень совпадения
фазового состава материала-основы – сталей
Х12Ф1 и 25Х2МФ (ЭИ10) (зоны 009 и 029
соответственно).
На рис. 6, 7 приведены фотографии микро-
рельефа поверхности покрытий.
ВЫВОДЫ
1. На газофазном блоке установки “Avinit”
изучена возможность нанесения покры-
тий методом осаждения из газовой фазы
с использованием органических и метал-
лоорганических веществ. Получены высо-
кие производственные характеристики
установки (скорость роста, качество по-
крытий).
2. Разработан процесс нанесения карбид-
молибденовых покрытий Мо-С методом
газофазного осаждения. Получены компо-
зиционные покрытия на основе системы
Мо-С. Проведена оптимизация процессов
нанесения качественных прочносцеплен-
ных покрытий на опытных образцах. Из-
мерены характеристики покрытий (микро-
твердость, фазовый состав, шероховатость,
твердость основы).
3. Изучена кинетика процесса нанесения по-
крытий. Получена скорость нанесения по-
крытий до 50 – 90 мкм/час.
4. Металлографические исследования под-
тверждают возможность низкотемператур-
ного нанесения качественных высокотвер-
дых покрытий Мо-С в разработанном CVD
процессе, при этом обеспечивается хорошая
адгезия к материалам подложки (стали
Х12Ф1, 25Х2МФ) без снижения прочност-
ных характеристик стали и без ухудшения
класса чистоты исходной поверхности.
а) 25Х2МФ (ЭИ10)
Рис. 5. Внешний вид покрытия Мо-С на образцах стал-
и 25Х2МФ (ЭИ10) с отмеченными зонами анализа –
а) и химический состав анализируемых зон – b).
№ точки Si Cr Fe C Mo W
021 – – – 3,40 94,12 2,48
022 – – – 3,32 94,01 2,67
023 – – – 3,05 95,61 1,34
024 – – – 3,40 94,80 1,80
025 – – – 3,18 94,64 2,18
026 – – 2,72 1,98 93,69 1,57
027 0,17 1,93 97,69 0,22 – –
028 0,25 1,88 97,55 0,32 – –
029 0,27 1,67 97,86 0,19 – –
b) Химический состав анализируемых зон
Рис. 6. Микрорельеф поверхности образца (сталь
25Х2МФ (ЭИ10)).
Рис. 7. Микрорельеф поверхности образца ((Х12Ф1)
после полировки.
А.В. САГАЛОВИЧ, А.В. ГРИГОРЬЕВ, А.В. КОНОНЫХИН, В.В. ПОПОВ, В.В. САГАЛОВИЧ
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3
ФІП ФИП PSE, 2011, т. 9, № 3, vol. 9, No. 3236
5. Проведенные исследования обнаруживают
высокие характеристики Мо-С покрытий
и свидетельствуют о перспективности раз-
работанных покрытий для выбора опти-
мальных конструкций покрытий для пре-
цизионных узлов авиационного агрегато-
строения. Отработаны эффективные опы-
тные технологии нанесения покрытий.
Воспроизводимость полученных покры-
тий позволяет в перспективе отрабатывать
технологии для серийного производства
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов В.Е., Нечипоренко Е.П., Криворуч-
ко В.М., Сагалович В.В. Иванов В.Е. Кристал-
лизация тугоплавких металлов из газовой фа-
зы. – М.: Атомиздат. – 1974.
2. Белозерский Н.А. Карбонилы металлов. – М.:
Металлургиздат. – 1958.
3. Пауэлл К., Оксли Дж., Блочер Дж. мл. Осаж-
дение из газовой фазы/Пер. с англ. – М.: Ато-
миздат. – 1970.
4. Wen-Cheng J. Wei., Ming-Hung Lo Processing
and Properties of (Mo,Cr) Oxycarbides from
MOCVD//Appl. Organometallic Chemistry. –
1998. – Vol. 12. – P. 201-220.
5. Douard A., Maury F. Reactivity of Cr(CO)6 in
atmospheric pressure CVD processes for the
growth of various metallurgical coating//Rev.
Adv. Mater. Sci. – 2007. – Vol. 15. – P. 24-32.
НАНЕСЕНИЕ ПОКРЫТИЙ НА СЛОЖНОПРОФИЛЬНЫЕ ПРЕЦИЗИОННЫЕ ПОВЕРХНОСТИ ГАЗОФАЗНЫМ МЕТОДОМ (CVD)
6. Сагалович О.В., Кононихін О.В., Попов В.В.
та ін Установка Avinit для нанесення багато-
шарових функціональних покриттів//Физи-
ческая инженерия поверхности. – 2010. –
Т. 8. – С. 336-347.
LITERATURA
1. Ivanov V.E., Nechiporenko E.P., Krivoruch-
ko V.M., Sagalovich V.V. Ivanov V.E. Kristalli-
zacija tugoplavkih metallov iz gazovoj fazy. –
M.: Atomizdat. – 1974.
2. Belozerskij N.A. Karbonily metallov. – M.: Me-
tallurgizdat. – 1958.
3. Paujell K., Oksli Dzh., Blocher Dzh. ml. Osazh-
denie iz gazovoj fazy/Per. s angl. – M.: Ato-
mizdat. – 1970.
4. Wen-Cheng J. Wei., Ming-Hung Lo Processing
and Properties of (Mo,Cr) Oxycarbides from
MOCVD//Appl. Organometallic Chemistry. –
1998. – Vol. 12. – P. 201-220.
5. Douard A., Maury F. Reactivity of Cr(CO)6 in
atmospheric pressure CVD processes for the
growth of various metallurgical coating//Rev.
Adv. Mater. Sci. – 2007. – Vol. 15. – P. 24-32.
6. Sagalovich O.V., Kononihіn O.V., Popov V.V.
ta іn Ustanovka Avinit dlja nanesennja bagato-
sharovih funkcіonal’nih pokrittіv//Fiziches-
kaja inzhenerija poverhnosti. – 2010. – T. 8. –
S. 336-347.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-76903 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1999-8074 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:52:53Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, А.В. Попов, В.В. Сагалович, В.В. 2015-02-13T06:51:23Z 2015-02-13T06:51:23Z 2011 Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) / А.В. Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, В.В. Попов, В.В. Сагалович // Физическая инженерия поверхности. — 2011. — Т. 9, № 3. — С. 229–236. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76903 621.793.7 Разработан процесс нанесения покрытий Мо-С покрытий методом газофазного осаждения с использованием металлорганических соединений. Описаны конструктивные особенности установки для пиролиза металлорганических соединений (карбонилы хрома, молибдена, вольфрама, соединения на основе алюминия), а также летучих органических соединений (бензол, толуол). Покрытия наносились на термообработанные стали технического назначения Х12Ф1 и 25Х2МФ (ЭИ10) с высоким классом чистоты обработки поверхности (>10). Средняя скорость нанесения покрытия – 50 μм/час. Определены оптимальные условия осаждения для различных использованных технологических схем. Проведены металлографические исследования полученных покрытий. Розроблений процес нанесення покриттів методом газофазного осадження з використанням металорганічних сполук. Описані конструктивні особливості обладнання для піролізу металорганічних сполук (карбоніли хрому, молібдену, вольфраму, сполук на основі алюмінію), а також летючих органічних сполук (бензол, толуол). Покриття наносили на термооброблені сталі технічного призначення Х12Ф1 та 25Х2МФ (ЭИ10) з високим класом чистоти обробки поверхні (>10). Середня швидкість нанесення покриття – 50 μм/год. Визначені оптимальні умови осадження для різних використаних технологічних схем. Проведені металографічні дослідження отриманих покриттів. Production processes of multi-layered Mo-C coatings by the method of chemical vapor deposition (CVD) with the use of organometallic compounds were developed. Construction features of equipment for pyrolisys of metallorganic compounds (chromium, molybdenum, tungsten carbonyls and volatile aluminum containing compounds) and volatile organic compounds (benzole toluene) were described. Coatings are applied on technical purpose steel Х12Ф1 (DIN 1.2379) and 25Х2МФ (ЭИ10) (DIN 21 CrMoV 5-7) heat-treated ball with the high class of surface roughness (>10). The average deposition rate was 50 μм/h. The optimal conditions of coatings deposition for different technological schemas were defined. Metallographic investigations of the obtained coatings were carried out. ru Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України Физическая инженерия поверхности Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) Article published earlier |
| spellingShingle | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) Сагалович, А.В. Григорьев, А.В. Кононыхин, А.В. Попов, В.В. Сагалович, В.В. |
| title | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) |
| title_full | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) |
| title_fullStr | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) |
| title_full_unstemmed | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) |
| title_short | Нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (CVD) |
| title_sort | нанесение покрытий на сложнопрофильные прецизионные поверхности газофазным методом (cvd) |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/76903 |
| work_keys_str_mv | AT sagalovičav naneseniepokrytiinasložnoprofilʹnyeprecizionnyepoverhnostigazofaznymmetodomcvd AT grigorʹevav naneseniepokrytiinasložnoprofilʹnyeprecizionnyepoverhnostigazofaznymmetodomcvd AT kononyhinav naneseniepokrytiinasložnoprofilʹnyeprecizionnyepoverhnostigazofaznymmetodomcvd AT popovvv naneseniepokrytiinasložnoprofilʹnyeprecizionnyepoverhnostigazofaznymmetodomcvd AT sagalovičvv naneseniepokrytiinasložnoprofilʹnyeprecizionnyepoverhnostigazofaznymmetodomcvd |